重金屬在土壤-植物體系中的

1、重金屬在土壤-植物體系中的遷移及其機制主講人：任穎主要內(nèi)容重金屬在土壤重金屬在土壤- -植物植物體系中的遷移及其體系中的遷移及其機制機制影響重金屬在土壤影響重金屬在土壤- -植物體系中的遷移植物體系中的遷移的因素的因素重金屬在土壤重金屬在土壤- -植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律規(guī)律主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化植物對重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機制植物對重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機制重金屬是土壤原有的構(gòu)成元素，有些是植物、動物和人必重金屬是土壤原有的構(gòu)成元素，有些是植物、動物和人必需的營養(yǎng)元素需的營養(yǎng)元素。如。如Zn、Cu、Mo、Fe、Hg等等，但

2、由于含，但由于含量的不同，可導(dǎo)致不同的效應(yīng)，如果含量和有效性太低生量的不同，可導(dǎo)致不同的效應(yīng)，如果含量和有效性太低生物會表現(xiàn)缺乏癥狀，但過量就會造成污染事件。物會表現(xiàn)缺乏癥狀，但過量就會造成污染事件。土壤背景值就是指在土壤背景值就是指在未受污染未受污染的情況下，天然土壤中的金的情況下，天然土壤中的金屬元素的基線含量。屬元素的基線含量。土壤的重金屬污染土壤的重金屬污染重金屬重金屬在土壤在土壤-植物體系中的遷移及其機制植物體系中的遷移及其機制重金屬污染土壤的特點重金屬污染土壤的特點：重金屬重金屬不被土壤微生物降解，可在土壤中不斷積累，不被土壤微生物降解，可在土壤中不斷積累，也可以為生物所富集，并通

3、過食物鏈在人體內(nèi)積累，也可以為生物所富集，并通過食物鏈在人體內(nèi)積累，危害人體健康危害人體健康。重金屬重金屬一旦進(jìn)入土壤就很難予以徹底的清除。一旦進(jìn)入土壤就很難予以徹底的清除。重金屬重金屬在土壤在土壤-植物體系中的遷移及其機制植物體系中的遷移及其機制重金屬在土壤重金屬在土壤-植物系統(tǒng)的遷移植物系統(tǒng)的遷移重金屬重金屬在土壤在土壤-植物體系中的遷移及其機制植物體系中的遷移及其機制 重金屬通過質(zhì)流、擴(kuò)散、截獲到達(dá)重金屬通過質(zhì)流、擴(kuò)散、截獲到達(dá)植物根部。植物根部。 植物通過主動吸收、被動吸收等方植物通過主動吸收、被動吸收等方式吸收重金屬。式吸收重金屬。 重金屬通過木質(zhì)部和韌皮部向地上重金屬通過木質(zhì)部和韌

4、皮部向地上部運輸。部運輸。 植物對污染物吸收受到土壤性質(zhì)、植物對污染物吸收受到土壤性質(zhì)、植物種類、污染物形態(tài)的影響。植物種類、污染物形態(tài)的影響。重金屬重金屬在土壤在土壤-植物體系中的遷移及其機制植物體系中的遷移及其機制影響重金屬在土壤影響重金屬在土壤- -植物系統(tǒng)遷移的因素植物系統(tǒng)遷移的因素影響因素影響因素土壤理化性質(zhì)土壤理化性質(zhì)pHpH質(zhì)地質(zhì)地氧化還原電位氧化還原電位有機質(zhì)含量有機質(zhì)含量金屬種類、濃金屬種類、濃度、存在形態(tài)度、存在形態(tài) 植物的種類、植物的種類、生長發(fā)育期生長發(fā)育期復(fù)合污復(fù)合污染染施肥施肥重金屬在土壤重金屬在土壤- -植物系統(tǒng)的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律植物系統(tǒng)的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律重金屬重金屬在土

5、壤在土壤-植物體系中的遷移及其機制植物體系中的遷移及其機制 1.植物對土壤重金屬的富集規(guī)律植物對土壤重金屬的富集規(guī)律a. a. 土壤土壤中重金屬含量越高，植物體內(nèi)的重金屬含量也越高；中重金屬含量越高，植物體內(nèi)的重金屬含量也越高；b. b. 不同不同植物的累積有明顯的種間差異：豆類植物的累積有明顯的種間差異：豆類 小麥小麥 水稻水稻 玉米；玉米；c. c. 重金屬重金屬在植物體內(nèi)的分布規(guī)律：根在植物體內(nèi)的分布規(guī)律：根 莖葉莖葉 果殼果殼 籽實。籽實。 2.重金屬在土壤剖面中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律重金屬在土壤剖面中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律a. a. 大部分重金屬被土壤顆粒吸附；大部分重金屬被土壤顆粒吸附；b. b.

6、 遵循垂直分布規(guī)律，可耕層是重金屬的富集區(qū)；遵循垂直分布規(guī)律，可耕層是重金屬的富集區(qū)；c. c. 重金屬有向根際土壤遷移的趨勢。重金屬有向根際土壤遷移的趨勢。 3.土壤對重金屬離子的吸附固定原理土壤對重金屬離子的吸附固定原理a. a. 與膠體種類：氧化錳與膠體種類：氧化錳 有機質(zhì)有機質(zhì) 氧化鐵氧化鐵 伊利石伊利石 蒙脫石蒙脫石 高嶺石；高嶺石；b. b. 與金屬離子的種類：價態(tài)越高，電荷越多，越易吸附；與金屬離子的種類：價態(tài)越高，電荷越多，越易吸附； 同等價態(tài)，離子半徑越大，水合半徑相對越小，越易吸附。同等價態(tài)，離子半徑越大，水合半徑相對越小，越易吸附。主要重金屬在土壤中的累積和遷移轉(zhuǎn)化主要重

7、金屬在土壤中的累積和遷移轉(zhuǎn)化來源：煉鋅工業(yè)的副產(chǎn)品；來源：煉鋅工業(yè)的副產(chǎn)品；旱地石灰性土壤中多以旱地石灰性土壤中多以CdCOCdCO3 3、Cd(OH) Cd(OH) 2 2存在；存在；在水田中主要在水田中主要CdSCdS存在；存在；鎘的吸附跟土壤膠體的性質(zhì)有關(guān)。鎘的吸附跟土壤膠體的性質(zhì)有關(guān)。鎘不是人體的必需元素。鎘不是人體的必需元素。 重金屬重金屬在土壤在土壤-植物體系中的遷移及其機制植物體系中的遷移及其機制 鎘鎘Cadmium重金屬重金屬在土壤在土壤-植物體系中的遷移及其機制植物體系中的遷移及其機制主要重金屬在土壤中的累積和遷移轉(zhuǎn)化主要重金屬在土壤中的累積和遷移轉(zhuǎn)化 銅銅Copper 銅是

8、各種生物的必需微量元素；銅是各種生物的必需微量元素； CuCu2+2+容易與腐質(zhì)酸的羧基和羥基發(fā)生螯合；容易與腐質(zhì)酸的羧基和羥基發(fā)生螯合； 污染土壤中的銅主要在表層積累，并沿土壤的縱深垂直分污染土壤中的銅主要在表層積累，并沿土壤的縱深垂直分布遞減，布遞減，這是由于進(jìn)入土壤的銅被表層土壤的粘土礦物吸這是由于進(jìn)入土壤的銅被表層土壤的粘土礦物吸附，同時，表層土壤的有機質(zhì)與銅結(jié)合形成螯合物。附，同時，表層土壤的有機質(zhì)與銅結(jié)合形成螯合物。 在植物各部分的積累分布：根在植物各部分的積累分布：根 莖、葉莖、葉 果實。果實。來源：冶煉廢水、廢渣，汽車尾氣來源：冶煉廢水、廢渣，汽車尾氣主要以主要以Pb(OH)P

9、b(OH)2 2、PbCOPbCO3 3、PbSOPbSO4 4存在，存在，KspKsp小小有效性受有效性受pHpH影響很大，土壤的影響很大，土壤的pHpH增加，使鉛的可溶性和增加，使鉛的可溶性和移動性降低，從而影響植物對鉛的吸收。移動性降低，從而影響植物對鉛的吸收。很難遷移、植物吸收后積累于根部很難遷移、植物吸收后積累于根部蘚類植物被確定為鉛污染和積累的指示植物蘚類植物被確定為鉛污染和積累的指示植物主要重金屬在土壤中的累積和遷移轉(zhuǎn)化主要重金屬在土壤中的累積和遷移轉(zhuǎn)化重金屬重金屬在土壤在土壤-植物體系中的遷移及其機制植物體系中的遷移及其機制鉛鉛-lead重金屬重金屬在土壤在土壤-植物體系中的遷

10、移及其機制植物體系中的遷移及其機制主要重金屬在土壤中的累積和遷移轉(zhuǎn)化主要重金屬在土壤中的累積和遷移轉(zhuǎn)化 鋅鋅-Zinc 鋅是植物、動物和人類必需的營養(yǎng)元素鋅是植物、動物和人類必需的營養(yǎng)元素 在還原條件下易形成在還原條件下易形成ZnSZnS 在堿性條件下易形成在堿性條件下易形成Zn(OH)Zn(OH)2 2沉淀沉淀 酸性土壤溶液中離子態(tài)含量高酸性土壤溶液中離子態(tài)含量高 2ppm2ppm 對土壤對土壤pHpH非常敏感非常敏感三種價態(tài)隨著三種價態(tài)隨著pHpH和和EhEh變化而轉(zhuǎn)化，變化而轉(zhuǎn)化，HgSHgS是還原狀態(tài)下的主是還原狀態(tài)下的主要形態(tài)要形態(tài)土壤的粘土礦物和有機質(zhì)對汞有強烈的吸附作用，因此汞土

11、壤的粘土礦物和有機質(zhì)對汞有強烈的吸附作用，因此汞進(jìn)入土壤后，大部分被土壤吸附或固定，因此汞容易在表進(jìn)入土壤后，大部分被土壤吸附或固定，因此汞容易在表層積累。層積累。汞在厭氧微生物作用下可甲基化，毒性增大。汞在厭氧微生物作用下可甲基化，毒性增大。植物對汞的吸收和積累與汞的形態(tài)有關(guān)。植物對汞的吸收和積累與汞的形態(tài)有關(guān)。重金屬重金屬在土壤在土壤-植物體系中的遷移及其機制植物體系中的遷移及其機制主要重金屬在土壤中的累積和遷移轉(zhuǎn)化主要重金屬在土壤中的累積和遷移轉(zhuǎn)化 汞汞Mercury重金屬重金屬在土壤在土壤-植物體系中的遷移及其機制植物體系中的遷移及其機制主要重金屬在土壤中的累積和遷移轉(zhuǎn)化主要重金屬在土

12、壤中的累積和遷移轉(zhuǎn)化 1.植物根系的作用植物根系的作用 2.重金屬與植物的細(xì)胞壁結(jié)合重金屬與植物的細(xì)胞壁結(jié)合 3.酶系統(tǒng)的作用酶系統(tǒng)的作用4.形成重金屬硫蛋白或植物絡(luò)合素形成重金屬硫蛋白或植物絡(luò)合素植物對重金屬產(chǎn)生植物對重金屬產(chǎn)生耐性的機耐性的機制制植物根系通過改變根際化學(xué)性狀、原生質(zhì)泌溢等作用植物根系通過改變根際化學(xué)性狀、原生質(zhì)泌溢等作用限制重金屬離子跨膜吸收。還可以通過形成跨根際的限制重金屬離子跨膜吸收。還可以通過形成跨根際的氧化還原電位梯度和氧化還原電位梯度和pHpH梯度等來抑制對重金屬的吸收梯度等來抑制對重金屬的吸收已經(jīng)證實，某些植物對重金屬離子的吸收能力的降低已經(jīng)證實，某些植物對重金

13、屬離子的吸收能力的降低可以通過可以通過根際分泌螯合劑根際分泌螯合劑而減少重金屬的跨膜吸收而減少重金屬的跨膜吸收重金屬重金屬在土壤在土壤-植物體系中的遷移及其機制植物體系中的遷移及其機制植物根系的作用植物根系的作用研究結(jié)果表明：細(xì)胞壁中的金屬大部分以離子形式存研究結(jié)果表明：細(xì)胞壁中的金屬大部分以離子形式存在或與細(xì)胞壁中的纖維素、木質(zhì)素結(jié)合；在或與細(xì)胞壁中的纖維素、木質(zhì)素結(jié)合；由于金屬離子被局限的細(xì)胞壁上，而不能進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)由于金屬離子被局限的細(xì)胞壁上，而不能進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)影響細(xì)胞內(nèi)的代謝活動，使植物對重金屬表現(xiàn)出耐性；影響細(xì)胞內(nèi)的代謝活動，使植物對重金屬表現(xiàn)出耐性；不同植物的細(xì)胞壁對金屬離子的結(jié)合能力

14、是不同的；不同植物的細(xì)胞壁對金屬離子的結(jié)合能力是不同的；細(xì)胞壁對金屬離子的固定作用不是一個普遍耐性機制。細(xì)胞壁對金屬離子的固定作用不是一個普遍耐性機制。即：不是所有的耐性植物都表現(xiàn)為將金屬離子固定在即：不是所有的耐性植物都表現(xiàn)為將金屬離子固定在細(xì)胞壁上。細(xì)胞壁上。重金屬重金屬在土壤在土壤-植物體系中的遷移及其機制植物體系中的遷移及其機制重金屬與植物細(xì)胞壁的結(jié)合重金屬與植物細(xì)胞壁的結(jié)合耐性植物中的幾種酶的活性在重金屬含量增加時仍能耐性植物中的幾種酶的活性在重金屬含量增加時仍能維持正常水平；維持正常水平；同時還可以激發(fā)另外一些酶，從而使耐性植物在受重同時還可以激發(fā)另外一些酶，從而使耐性植物在受重金屬污染時保持正常的代謝。金屬污染時保持正常的代謝。重金屬重金屬在土壤在土壤-植物體系中的遷移及其機制植物體系中的遷移及其機制酶系統(tǒng)的作用酶系統(tǒng)的作用19571957年發(fā)現(xiàn)，在馬的腎臟中發(fā)現(xiàn)金屬硫蛋白（年發(fā)現(xiàn)，在馬的腎臟中發(fā)現(xiàn)金屬硫蛋白（ MT MT ），能），能合成合成MTMT的細(xì)胞對重金屬有明顯的抗性的細(xì)胞對重金屬有明顯的抗性， MTMT是動物及人體是動物及人體最重要的重金屬解毒劑最重要的重金屬解毒劑